JP2016051612A

JP2016051612A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2016051612A
Application number: JP2014176609A
Authority: JP
Inventors: 綾子繁; Ayako Shige
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-04-11

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a more excellent fuel cell system.SOLUTION: A fuel cell system 2 comprises: a fuel cell 3 supplied with a liquid fuel; a fuel tank 22 for storing the liquid fuel; a fuel supply line 30 for supplying the liquid fuel to the fuel cell 3; a fuel discharge line 31 for discharging a discharge liquid from the fuel cell 3; a concentration adjustment tank 47 interposed by the fuel supply line 30, connected to the fuel discharge line 31, and adjusting the concentration of the liquid fuel by mixing the liquid fuel and the discharge liquid; and a water separator 45 for separating water content from the liquid fuel in the concentration adjustment tank 47. A plurality of branch lines 51 provided in the fuel discharge line 31 and a plurality of discharge liquid inflow ports 50 provided in the concentration adjustment tank 47 are configured as averaging means for averaging moisture distribution and/or temperature distribution of the liquid fuel in the concentration adjustment tank 47.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle or the like.

従来、車両などに搭載される燃料電池システムとして、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどの液体燃料を使用する固体高分子形の燃料電池を備える燃料電池システムが知られている。 Conventionally, as a fuel cell system mounted on a vehicle or the like, a fuel cell system including a polymer electrolyte fuel cell using a liquid fuel such as methanol, dimethyl ether, and hydrazine is known.

より具体的には、例えば、アノード電極（燃料側電極）およびカソード電極（酸素側電極）を備える燃料電池と、液体燃料を燃料電池に供給するとともに、その燃料電池から排出される燃料を燃料電池に還流するための燃料給排部と、空気を燃料電池に供給し、また、燃料電池から排出される空気を外部に排出するための空気給排部と、燃料電池から出力される電気エネルギーを電動車両の動力とするための動力部とを備える燃料電池システムが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 More specifically, for example, a fuel cell including an anode electrode (fuel side electrode) and a cathode electrode (oxygen side electrode), and liquid fuel is supplied to the fuel cell, and fuel discharged from the fuel cell is supplied to the fuel cell. A fuel supply / discharge portion for recirculating the fuel, an air supply / discharge portion for supplying air to the fuel cell, and an air supply / discharge portion for discharging the air discharged from the fuel cell to the outside, and electric energy output from the fuel cell. There has been proposed a fuel cell system including a power unit for using the power of an electric vehicle (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１０−１２９３０４号公報JP 2010-129304 A

一方、特許文献１に記載されるような燃料電池システムとしては、発電効率の向上や、低コスト化、省スペース化など、更なる発展が望まれている。 On the other hand, as a fuel cell system described in Patent Document 1, further development such as improvement in power generation efficiency, cost reduction, and space saving is desired.

本発明の目的は、より優れた燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a more excellent fuel cell system.

本発明の燃料電池システムは、液体燃料が供給される燃料電池と、液体燃料が貯留される燃料タンクと、前記燃料タンクから前記燃料電池に対して液体燃料を供給する燃料供給経路と、前記燃料電池に供給された液体燃料の反応生成物および反応生成水を含む排出液を排出する燃料排出経路と、前記燃料供給経路に介在されるとともに、前記燃料排出経路に接続され、前記燃料タンクから輸送された液体燃料と、前記燃料電池から排出される排出液とを混合することにより、液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクと、前記濃度調整タンク内において、水分を液体燃料から分離するための水分離手段と、前記濃度調整タンク内において、液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布を平均化するための平均化手段とを備えていることを特徴としている。 The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell to which liquid fuel is supplied, a fuel tank in which liquid fuel is stored, a fuel supply path for supplying liquid fuel from the fuel tank to the fuel cell, and the fuel A fuel discharge path for discharging a liquid fuel containing a reaction product and reaction product water supplied to the battery; and a fuel discharge path interposed between the fuel supply path and connected to the fuel discharge path, and transported from the fuel tank. The liquid fuel and the effluent discharged from the fuel cell are mixed to separate the moisture from the liquid fuel in the concentration adjustment tank for adjusting the concentration of the liquid fuel and the concentration adjustment tank. A water separation means for averaging, and an averaging means for averaging the moisture concentration distribution and / or the temperature distribution of the liquid fuel in the concentration adjusting tank. It is characterized by a door.

このような構成によれば、濃度調整タンクにおいて、排出液に含まれる水分が水分離手段によって分離され、液体燃料の濃度が調整される。そして、濃度が調整された液体燃料が、燃料電池に還流される。そのため、液体燃料を、効率よく利用することができ、低コスト化を図ることができる。 According to such a configuration, in the concentration adjusting tank, the water contained in the discharged liquid is separated by the water separating means, and the concentration of the liquid fuel is adjusted. Then, the liquid fuel whose concentration is adjusted is returned to the fuel cell. Therefore, liquid fuel can be used efficiently and cost reduction can be achieved.

しかるに、水分離手段は、液体燃料中の水分濃度が高い場合や、液体燃料の温度が高い場合において、水分を液体燃料から効率よく分離する。 However, the water separation means efficiently separates the water from the liquid fuel when the water concentration in the liquid fuel is high or when the temperature of the liquid fuel is high.

そのため、濃度調整タンク内の液体燃料において、水分濃度や温度に偏りが生じると、水分離手段は、水分濃度が高く、温度が高い液体燃料と接触する部分において、水分を効率よく分離するが、その他の部分において、水分を効率よく分離できない。また、水分離手段が液体燃料から水分を分離すると、水分離手段の極近傍は、水が蒸気として液体燃料から分離されるために、水分濃度が低下すると同時に気化熱により温度が低下する。 Therefore, in the liquid fuel in the concentration adjustment tank, when a deviation occurs in the water concentration or temperature, the water separation means efficiently separates the water in the portion that is in contact with the liquid fuel having a high water concentration and high temperature. In other parts, moisture cannot be separated efficiently. When the water separation means separates the water from the liquid fuel, the water is separated from the liquid fuel as vapor in the vicinity of the water separation means, so that the water concentration is lowered and the temperature is lowered by the heat of vaporization.

その結果、水分離手段の全体を有効に活用できず、水分離効率の向上を図るには限度がある。 As a result, the entire water separation means cannot be used effectively, and there is a limit to improving the water separation efficiency.

この点、本発明の燃料電池システムでは、平均化手段が、水分離手段の極近傍の液体燃料が必要流速を保つことにより、濃度調整タンク内において、液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布を平均化することができる。その結果、水分離手段の全体を有効に活用でき、液体燃料からの水分離効率の向上を図ることができる。 In this respect, in the fuel cell system of the present invention, the averaging means maintains the required flow rate of the liquid fuel in the vicinity of the water separation means, so that the moisture concentration distribution and / or temperature distribution of the liquid fuel in the concentration adjustment tank. Can be averaged. As a result, the entire water separation means can be used effectively, and the efficiency of water separation from the liquid fuel can be improved.

また、前記平均化手段が、前記燃料排出経路が備える複数の分岐経路と、前記濃度調整タンクに形成され、前記複数の分岐経路のそれぞれに接続される複数の開口部とを備えている。 Further, the averaging means includes a plurality of branch paths provided in the fuel discharge path, and a plurality of openings formed in the concentration adjustment tank and connected to the plurality of branch paths.

このような構成によれば、平均化手段が複数の分岐経路および複数の開口部であるので、複数の開口部を介して、濃度調整タンクに流入する排出液の流速の向上を図ることができる。 According to such a configuration, since the averaging means is a plurality of branch paths and a plurality of openings, it is possible to improve the flow rate of the effluent flowing into the concentration adjustment tank via the plurality of openings. .

そのため、水分離手段の極近傍における液体燃料の流速の向上を図ることができ、濃度調整タンク内において、排出液を確実に循環させることができる。その結果、濃度調整タンク内において、液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布を確実に平均化することができる。 Therefore, it is possible to improve the flow rate of the liquid fuel in the immediate vicinity of the water separation means, and it is possible to reliably circulate the discharged liquid in the concentration adjustment tank. As a result, the moisture concentration distribution and / or the temperature distribution of the liquid fuel can be reliably averaged in the concentration adjustment tank.

これにより、水分離手段の全体をより一層確実に活用でき、液体燃料からの水分離効率のさらなる向上を図ることができる。 Thereby, the whole water separation means can be utilized more reliably, and the further improvement of the water separation efficiency from liquid fuel can be aimed at.

本発明の燃料電池システムでは、液体燃料を、効率よく利用することができ、低コスト化を図ることができながら、液体燃料からの水分の分離効率の向上を図ることができる。 In the fuel cell system of the present invention, the liquid fuel can be efficiently used, and the cost of reducing the cost can be improved while the efficiency of separating water from the liquid fuel can be improved.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す燃料電池システムに搭載される濃度調整タンクを示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a concentration adjustment tank mounted on the fuel cell system shown in FIG. 図３は、図２に示す濃度調整タンクの底壁の底面図であって、分岐ラインを除いた状態を示す。FIG. 3 is a bottom view of the bottom wall of the concentration adjustment tank shown in FIG. 2 and shows a state in which a branch line is removed.

１．燃料電池システムの全体構成
図１において、電動車両１は、燃料電池およびバッテリを選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、燃料電池システム２を搭載している。 1. Overall Configuration of Fuel Cell System In FIG. 1, an electric vehicle 1 is a hybrid vehicle that selectively uses a fuel cell and a battery as a power source, and is equipped with a fuel cell system 2.

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給および排出される、例えば、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / exhaust unit 4, an air supply / exhaust unit 5, a control unit 6, and a power unit 7.
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is, for example, an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell to which liquid fuel is directly supplied and discharged, and is disposed on the lower center side of the electric vehicle 1.

燃料電池３に供給され、また、燃料電池３から排出される液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（例えば、無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。 Examples of the liquid fuel supplied to and discharged from the fuel cell 3 include methanol, dimethyl ether, and hydrazine (for example, anhydrous hydrazine and hydrazine such as hydrazine monohydrate). Is mentioned.

なお、以下において、燃料電池３に供給される液体燃料を供給液、一方、燃料電池３から排出される液体燃料（燃料電池３に供給された液体燃料の反応生成物（窒素ガスなど）および反応生成水を含む）を排出液として、それぞれ区別する。 In the following, the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 is supplied as liquid, while the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 (reaction products (such as nitrogen gas) of liquid fuel supplied to the fuel cell 3 and reaction) (Including product water) as the effluent.

燃料電池３は、電解質層８と、電解質層８の一方側に配置されたアノード９と、電解質層８の他方側に配置されたカソード１０とを有する単位セル２８（燃料電池セル）が、セパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。つまり、電解質層８を介してアノード９およびカソード１０が対向配置されてなる単位セル２８が複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セル２８のうち、電動車両１の前後方向途中に配置される単位セル２８だけを拡大して記載し、その他の単位セル２８については簡略化して記載している。 The fuel cell 3 includes a unit cell 28 (fuel cell) having an electrolyte layer 8, an anode 9 disposed on one side of the electrolyte layer 8, and a cathode 10 disposed on the other side of the electrolyte layer 8. It is formed in a stack structure in which a plurality of layers are stacked via (not shown). That is, a plurality of unit cells 28 in which the anode 9 and the cathode 10 are arranged to face each other with the electrolyte layer 8 interposed therebetween are stacked. In FIG. 1, among the plurality of unit cells 28 to be stacked, only the unit cell 28 arranged in the middle of the electric vehicle 1 in the front-rear direction is enlarged and described, and the other unit cells 28 are described in a simplified manner. doing.

電解質層８は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜またはカチオン交換膜を用いて形成されている。 The electrolyte layer 8 is a layer in which an anion component can move, for example, and is formed using an anion exchange membrane or a cation exchange membrane.

アノード９は、アノード電極１１と、アノード電極１１に液体燃料（供給液）を供給するための燃料供給部材１２とを有している。 The anode 9 includes an anode electrode 11 and a fuel supply member 12 for supplying liquid fuel (supply liquid) to the anode electrode 11.

アノード電極１１は、電解質層８の一方面に形成されている。アノード電極１１の電極材料としては、例えば、触媒が担持された多孔質担体（触媒担持多孔質担体）などが挙げられる。 The anode electrode 11 is formed on one surface of the electrolyte layer 8. Examples of the electrode material of the anode electrode 11 include a porous support (catalyst-supported porous support) on which a catalyst is supported.

燃料供給部材１２は、セパレータとしても兼用され、ガス不透過性の導電性部材からなる。燃料供給部材１２には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、燃料供給部材１２は、溝の形成された表面がアノード電極１１に対向接触されている。これにより、アノード電極１１の一方面と燃料供給部材１２の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１１全体に液体燃料（供給液）を接触させるための燃料供給路１３が形成される。 The fuel supply member 12 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The fuel supply member 12 is formed with a distorted groove recessed from the surface thereof. The surface of the fuel supply member 12 in which the groove is formed is opposed to the anode electrode 11. As a result, a fuel supply path for bringing liquid fuel (supply liquid) into contact with the entire anode electrode 11 between one surface of the anode electrode 11 and the other surface of the fuel supply member 12 (surface on which a groove is formed). 13 is formed.

燃料供給路１３には、液体燃料（供給液）をアノード９内に流入させるための燃料供給口１５が一端側（下側）に形成され、液体燃料（排出液）をアノード９から排出するための燃料排出口１４が他端側（上側）に形成されている。 In the fuel supply path 13, a fuel supply port 15 for allowing the liquid fuel (supply liquid) to flow into the anode 9 is formed on one end side (lower side), and the liquid fuel (discharge liquid) is discharged from the anode 9. The fuel discharge port 14 is formed on the other end side (upper side).

カソード１０は、カソード電極１６と、カソード電極１６に空気（酸素）を供給するための空気供給部材１７とを有している。 The cathode 10 includes a cathode electrode 16 and an air supply member 17 for supplying air (oxygen) to the cathode electrode 16.

カソード電極１６は、電解質層８の他方面に形成されている。 The cathode electrode 16 is formed on the other surface of the electrolyte layer 8.

カソード電極１６の電極材料としては、例えば、アノード電極１１の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。 Examples of the electrode material of the cathode electrode 16 include a catalyst-supporting porous carrier exemplified as the electrode material of the anode electrode 11.

空気供給部材１７は、セパレータとしても兼用され、ガス不透過性の導電性部材からなる。空気供給部材１７には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、空気供給部材１７は、溝の形成された表面がカソード電極１６に対向接触されている。これにより、カソード電極１６の他方面と空気供給部材１７の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１６全体に空気を接触させるための空気流路としての空気供給路１８が形成される。 The air supply member 17 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The air supply member 17 is formed with a twisted groove recessed from the surface thereof. The air supply member 17 has a grooved surface in contact with the cathode electrode 16. Thus, an air supply path as an air flow path for bringing air into contact with the entire cathode electrode 16 between the other surface of the cathode electrode 16 and one surface of the air supply member 17 (a surface on which grooves are formed). 18 is formed.

空気供給路１８には、空気をカソード１０内に流入させるための空気供給口１９が他端側（上側）に形成され、空気をカソード１０から排出するための空気排出口２０が一端側（下側）に形成されている。 In the air supply path 18, an air supply port 19 for allowing air to flow into the cathode 10 is formed on the other end side (upper side), and an air discharge port 20 for discharging air from the cathode 10 is provided on one end side (lower side). Side).

また、このような燃料電池３において、複数の単位セル２８をそれぞれ区分する１つのセパレータは、上記燃料供給部材１２および上記空気供給部材１７を兼ね備える。換言すると、セパレータは、その一方側面において、燃料供給部材１２として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材１７として作用する。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、液体燃料を貯留するための燃料タンク２２と、燃料タンク２２から燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）へ供給液を供給する燃料供給経路としての燃料供給ライン３０と、燃料供給ライン３０に介在される濃度調整タンク４７と、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出液を排出する燃料排出経路としての燃料排出ライン３１とを備えている。 In such a fuel cell 3, one separator that divides each of the plurality of unit cells 28 has both the fuel supply member 12 and the air supply member 17. In other words, the separator acts as the fuel supply member 12 on one side surface and acts as the air supply member 17 on the other side surface.
(2) Fuel supply / discharge unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a fuel tank 22 for storing liquid fuel, and a supply liquid from the fuel tank 22 to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9). A fuel supply line 30 serving as a fuel supply path for supplying fuel, a concentration adjusting tank 47 interposed in the fuel supply line 30, and a discharge from the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9) And a fuel discharge line 31 as a fuel discharge path.

なお、燃料供給ライン３０と燃料排出ライン３１との間には、燃料電池３が介在されている。 A fuel cell 3 is interposed between the fuel supply line 30 and the fuel discharge line 31.

燃料タンク２２は、燃料電池３よりも後方に配置されている。燃料タンク２２には、上記した液体燃料が貯蔵されている。 The fuel tank 22 is disposed behind the fuel cell 3. The fuel tank 22 stores the liquid fuel described above.

燃料供給ライン３０は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク２２に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されている。 The fuel supply line 30 has an upstream end connected to the fuel tank 22 via a sealing material (such as a gasket), and a downstream end connected to the fuel cell 3 via a sealing material (such as a gasket). (Specifically, it is connected to the fuel supply path 13 of the anode 9).

濃度調整タンク４７は、上記した液体燃料に耐性のある材質から形成される中空の容器であって、略ボックス形状に形成されている。濃度調整タンク４７には、燃料流入口２３と、燃料流出口２４と、複数の開口部としての複数の排出液流入口５０と、排気口２５とが形成されている。 The concentration adjusting tank 47 is a hollow container formed of a material resistant to the liquid fuel described above, and is formed in a substantially box shape. The concentration adjustment tank 47 is formed with a fuel inlet 23, a fuel outlet 24, a plurality of exhaust liquid inlets 50 as a plurality of openings, and an exhaust port 25.

燃料流入口２３および燃料流出口２４は、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａの後端部に配置されている。燃料流入口２３および燃料流出口２４のそれぞれは、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａを上下方向に貫通しており、濃度調整タンク４７の内外を流通させている。 The fuel inlet 23 and the fuel outlet 24 are disposed at the rear end portion of the bottom wall 47 A of the concentration adjustment tank 47. Each of the fuel inflow port 23 and the fuel outflow port 24 passes through the bottom wall 47A of the concentration adjustment tank 47 in the vertical direction, and circulates inside and outside the concentration adjustment tank 47.

燃料流入口２３には、濃度調整タンク４７よりも上流側の燃料供給ライン３０が、シール材（ガスケットなど）を介して接続されており、燃料流出口２４には、濃度調整タンク４７よりも下流側の燃料供給ライン３０が、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。これにより、濃度調整タンク４７が、燃料供給ライン３０に介在されている。 A fuel supply line 30 upstream of the concentration adjustment tank 47 is connected to the fuel inflow port 23 via a sealing material (such as a gasket), and the fuel outlet 24 is downstream of the concentration adjustment tank 47. The fuel supply line 30 on the side is connected via a sealing material (such as a gasket). Thereby, the concentration adjusting tank 47 is interposed in the fuel supply line 30.

複数の排出液流入口５０は、詳しくは後述するが、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａに配置されている。複数の排出液流入口５０のそれぞれは、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａを上下方向に貫通しており、濃度調整タンク４７の内外を流通させている。そして、複数の排出液流入口５０には、燃料排出ライン３１（後述）の複数の分岐ライン５１（後述）が、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。 The plurality of discharge liquid inlets 50 are arranged on the bottom wall 47 A of the concentration adjustment tank 47, as will be described in detail later. Each of the plurality of discharge liquid inlets 50 penetrates the bottom wall 47 A of the concentration adjustment tank 47 in the vertical direction, and circulates inside and outside the concentration adjustment tank 47. A plurality of branch lines 51 (described later) of a fuel discharge line 31 (described later) are connected to the plurality of discharged liquid inlets 50 via a sealing material (such as a gasket).

排気口２５は、濃度調整タンク４７の後壁における上端部に配置されている。排気口２５は、濃度調整タンク４７の後壁を前後方向に貫通して、濃度調整タンク４７の内外を連通させている。これにより、濃度調整タンク４７は、気液分離器としても利用可能とされている。 The exhaust port 25 is disposed at the upper end of the rear wall of the concentration adjustment tank 47. The exhaust port 25 penetrates the rear wall of the concentration adjustment tank 47 in the front-rear direction, and communicates the inside and outside of the concentration adjustment tank 47. Thereby, the concentration adjusting tank 47 can be used as a gas-liquid separator.

そして、排気口２５には、濃度調整タンク４７で分離されたガス（気体）を排出するためのガス排出管２６が接続されている。ガス排出管２６の一端は、シール材（ガスケット）を介して排気口２５に接続されており、ガス排出管２６の他端は、大気に開放されている。また、ガス排出管２６の途中には、ガス排出弁２７が設けられている。 The exhaust port 25 is connected to a gas discharge pipe 26 for discharging the gas (gas) separated in the concentration adjustment tank 47. One end of the gas exhaust pipe 26 is connected to the exhaust port 25 via a sealing material (gasket), and the other end of the gas exhaust pipe 26 is open to the atmosphere. A gas discharge valve 27 is provided in the middle of the gas discharge pipe 26.

ガス排出弁２７は、ガス排出管２６を開放して濃度調整タンク４７内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。ガス排出弁２７は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号がガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、ガス排出弁２７の開閉を制御する。 The gas discharge valve 27 is a valve for opening the gas discharge pipe 26 to release the pressure in the concentration adjustment tank 47. For example, a known opening / closing valve such as an electromagnetic valve is used. The gas discharge valve 27 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the gas discharge valve 27, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the gas discharge valve 27.

また、燃料供給ライン３０の流れ方向途中において、濃度調整タンク４７の上流側には、第１供給ポンプ３３および燃料供給弁３４が設けられている。 In the middle of the fuel supply line 30 in the flow direction, a first supply pump 33 and a fuel supply valve 34 are provided upstream of the concentration adjustment tank 47.

第１供給ポンプ３３としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第１供給ポンプ３３は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、第１供給ポンプ３３に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、第１供給ポンプ３３の駆動および停止を制御する。 As the 1st supply pump 33, well-known liquid feeding pumps, such as reciprocating pumps, such as rotary pumps, such as a rotary pump and a gear pump, a piston pump, and a diaphragm pump, are used, for example. The first supply pump 33 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the first supply pump 33, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the first supply pump 33.

また、燃料供給弁３４は、燃料供給ライン３０を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、燃料供給弁３４は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、燃料供給弁３４に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、燃料供給弁３４の開閉を制御する。 The fuel supply valve 34 is a valve for opening and closing the fuel supply line 30, and a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The fuel supply valve 34 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel supply valve 34, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the fuel supply valve 34.

このような第１供給ポンプ３３の駆動、および、燃料供給弁３４の開閉により、燃料タンク２２から、燃料タンク２２と濃度調整タンク４７との間の燃料供給ライン３０を介して、液体燃料（一次（高濃度）供給液）が、濃度調整タンク４７へ供給される。 By driving the first supply pump 33 and opening / closing the fuel supply valve 34, liquid fuel (primary fuel) is supplied from the fuel tank 22 through the fuel supply line 30 between the fuel tank 22 and the concentration adjustment tank 47. (High concentration) supply liquid) is supplied to the concentration adjustment tank 47.

また、燃料供給ライン３０の流れ方向途中において、濃度調整タンク４７の下流側には、第２供給ポンプ３５が設けられている。 A second supply pump 35 is provided on the downstream side of the concentration adjustment tank 47 in the middle of the flow direction of the fuel supply line 30.

第２供給ポンプ３５としては、上記した公知の送液ポンプが用いられる。第２供給ポンプ３５は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、第２供給ポンプ３５に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、第２供給ポンプ３５の駆動および停止を制御する。 As the second supply pump 35, the above-described known liquid feed pump is used. The second supply pump 35 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the second supply pump 35, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the second supply pump 35.

このような第２供給ポンプ３５の駆動により、液体燃料（二次（低濃度）供給液）が、濃度調整タンク４７から、濃度調整タンク４７と燃料電池３との間の燃料供給ライン３０を介して、燃料電池３に供給される。つまり、燃料供給ライン３０は、燃料タンク２２から燃料電池３に対して液体燃料を供給する。 By driving the second supply pump 35 as described above, liquid fuel (secondary (low concentration) supply liquid) is supplied from the concentration adjustment tank 47 via the fuel supply line 30 between the concentration adjustment tank 47 and the fuel cell 3. And supplied to the fuel cell 3. That is, the fuel supply line 30 supplies liquid fuel from the fuel tank 22 to the fuel cell 3.

燃料排出ライン３１は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されている。 The upstream end of the fuel discharge line 31 is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9) via a sealing material (gasket or the like).

また、燃料排出ライン３１は、詳しくは後述するが、その下流側端部において、複数の分岐経路としての複数の分岐ライン５１を備えている。複数の分岐ライン５１は、濃度調整タンク４７の上流側において、燃料排出ライン３１から分岐し、シール材（ガスケットなど）を介して、対応する排出液流入口５０に接続されている。 Further, as will be described in detail later, the fuel discharge line 31 includes a plurality of branch lines 51 as a plurality of branch paths at the downstream end thereof. The plurality of branch lines 51 branch from the fuel discharge line 31 on the upstream side of the concentration adjustment tank 47 and are connected to the corresponding discharge liquid inlet 50 via a seal material (such as a gasket).

このような燃料排出ライン３１により、排出液が燃料電池３から排出され、濃度調整タンク４７に輸送される。 Through such a fuel discharge line 31, the discharged liquid is discharged from the fuel cell 3 and transported to the concentration adjustment tank 47.

これにより、濃度調整タンク４７には、燃料排出ライン３１を介して、燃料タンク２２からの排出液が供給される。そして、濃度調整タンク４７において、燃料タンク２２から輸送される液体燃料（１次供給液）と、排出液とが、適宜の割合で混合され、濃度調整された後、供給液（２次供給液）として、燃料電池３に戻ることにより、アノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
（３）空気給排部
空気給排部５は、燃料電池３（カソード１０）に対して空気を供給する空気供給ライン４１と、カソード１０から排出される空気を外部に排出するための空気排出ライン４２と、水分を液体燃料から分離するための水分離手段としての水分離器４５とを備えている。 As a result, the concentration adjusting tank 47 is supplied with the discharged liquid from the fuel tank 22 via the fuel discharge line 31. In the concentration adjustment tank 47, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the fuel tank 22 and the discharged liquid are mixed at an appropriate ratio and the concentration is adjusted, and then the supply liquid (secondary supply liquid) ), The closed line (closed flow path) circulating through the anode 9 is formed by returning to the fuel cell 3.
(3) Air Supply / Exhaust Unit The air supply / exhaust unit 5 includes an air supply line 41 for supplying air to the fuel cell 3 (cathode 10), and an air exhaust for exhausting the air exhausted from the cathode 10 to the outside. A line 42 and a water separator 45 as water separation means for separating water from the liquid fuel are provided.

空気供給ライン４１は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口１９に接続されている。空気供給ライン４１の途中には、空気供給ポンプ４３が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁４４が設けられている。 One end side (upstream side) of the air supply line 41 is opened to the atmosphere, and the other end side (downstream side) is connected to the air supply port 19. An air supply pump 43 is interposed in the air supply line 41, and an air supply valve 44 is provided downstream thereof.

また、空気供給ポンプ４３は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ４３に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、空気供給ポンプ４３の駆動および停止を制御する。 The air supply pump 43 is electrically connected to a control unit 29 (described later). A control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply pump 43, and the control unit 29 (described later) The driving and stopping of the air supply pump 43 are controlled.

空気供給弁４４は、空気供給ライン４１を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。 The air supply valve 44 is a valve for opening and closing the air supply line 41. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used.

また、空気供給弁４４は、それぞれ、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、空気供給弁４４に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、空気供給弁４４の開閉を制御する。 Each air supply valve 44 is electrically connected to a control unit 29 (described later), and a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply valve 44 and is then supplied to the control unit 29 (described later). ) Controls the opening and closing of the air supply valve 44.

また、空気供給ライン４１は、濃度調整タンク４７の上流側において、互いに並列接続されるように分岐する複数の空気供給分岐ライン４８を備えている。 The air supply line 41 includes a plurality of air supply branch lines 48 that branch to be connected in parallel to each other on the upstream side of the concentration adjustment tank 47.

複数の空気供給分岐ライン４８は、図２が参照されるように、例えば、９つの空気供給分岐ライン４８であって、上下方向および左右方向の両方に間隔を隔てて並列配置されている。 As shown in FIG. 2, the plurality of air supply branch lines 48 are, for example, nine air supply branch lines 48, and are arranged in parallel at intervals in both the vertical direction and the horizontal direction.

そして、これら空気供給ライン４１の空気供給分岐ライン４８は、空気供給ポンプ４３および空気供給弁４４の下流側から濃度調整タンク４７の上流側において分岐され、濃度調整タンク４７内を通過するように配設されており、濃度調整タンク４７の下流側において、１つに集合（統合）されている。 The air supply branch line 48 of the air supply line 41 is branched from the downstream side of the air supply pump 43 and the air supply valve 44 to the upstream side of the concentration adjustment tank 47 so as to pass through the concentration adjustment tank 47. And is integrated (integrated) into one on the downstream side of the concentration adjustment tank 47.

水分離器４５は、濃度調整タンク４７内に配置されており、本実施形態においては、濃度調整タンク４７内を通過する各空気供給分岐ライン４８に介在されている。そのため、水分離器４５は、複数の空気供給分岐ライン４８と同数（例えば、９つ）設けられている。そして、水分離器４５は、水分を液体燃料（排出液）から分離し、各空気供給分岐ライン４８内に導入する。 The water separator 45 is disposed in the concentration adjustment tank 47, and is interposed in each air supply branch line 48 that passes through the concentration adjustment tank 47 in this embodiment. Therefore, the same number (for example, nine) of water separators 45 as the plurality of air supply branch lines 48 are provided. The water separator 45 then separates the water from the liquid fuel (exhaust liquid) and introduces it into each air supply branch line 48.

水分離器４５は、図２に示すように、例えば、水分離膜の中空糸からなり、具体的には、水分離膜からなる中空糸（中空糸膜）の束として形成されている。 As shown in FIG. 2, the water separator 45 is made of, for example, a hollow fiber of a water separation membrane, and specifically, is formed as a bundle of hollow fibers (hollow fiber membranes) made of a water separation membrane.

水分離膜は、排出液中に含まれる液体燃料の反応生成物や、未反応の液体燃料などを遮断する一方、反応生成水（水分）を透過させる膜であって、特に制限されないが、例えば、孔径が１ｎｍ以下の炭素膜などが挙げられる。水分離膜の孔径は、例えば、１ｎｍ以下、好ましくは、０．５ｎｍ以下であり、通常、０．３ｎｍ以上である。 The water separation membrane is a membrane that blocks reaction products of liquid fuel contained in the discharged liquid, unreacted liquid fuel, etc., and allows reaction product water (moisture) to pass therethrough, and is not particularly limited. And a carbon film having a pore diameter of 1 nm or less. The pore size of the water separation membrane is, for example, 1 nm or less, preferably 0.5 nm or less, and usually 0.3 nm or more.

また、このような水分離膜からなる中空糸（中空糸膜）の内径は、例えば、２００μｍ以上、好ましくは、２５０μｍ以上であり、例えば、４００μｍ以下、好ましくは、３５０μｍ以下である。 Moreover, the internal diameter of the hollow fiber (hollow fiber membrane) which consists of such a water separation membrane is 200 micrometers or more, for example, Preferably, it is 250 micrometers or more, for example, 400 micrometers or less, Preferably, it is 350 micrometers or less.

そして、このような水分離膜からなる中空糸を、複数（例えば、５００〜２５００本）束ねることにより、集合筒状の水分離器４５が得られる。 And the aggregated cylindrical water separator 45 is obtained by bundling a plurality (for example, 500 to 2500) of hollow fibers made of such a water separation membrane.

また、水分離器４５としては、上記した中空糸に限定されず、図示しないが、例えば、複数の貫通孔（パス）を備える略円筒形のハニカムセラミック担体と、その貫通孔（パス）の内周壁面を被覆する水分離膜とからなる水分離ユニット（例えば、サブナノセラミック膜フィルター（日本ガイシ製））などを用いることもできる。 Further, the water separator 45 is not limited to the hollow fiber described above, and although not illustrated, for example, a substantially cylindrical honeycomb ceramic carrier having a plurality of through holes (paths), and the through holes (paths) A water separation unit (for example, a sub-nano ceramic membrane filter (manufactured by NGK)) that includes a water separation membrane that covers the peripheral wall surface can also be used.

なお、水分離器４５は、図示しないが、空気供給ライン４１および濃度調整タンク４７に対して着脱可能に設けられており、必要に応じて、空気供給ライン４１および濃度調整タンク４７から取り外し、洗浄および交換が可能とされている。 Although not shown, the water separator 45 is detachably provided to the air supply line 41 and the concentration adjustment tank 47, and is removed from the air supply line 41 and the concentration adjustment tank 47 and washed as necessary. And can be exchanged.

そして、この燃料電池システム２では、全ての水分離器４５、または、一部の水分離器４５が、濃度調整タンク４７内における液体燃料の水位に応じて、液体燃料（排出液と１次供給液との混合液）に浸漬される。 In this fuel cell system 2, all of the water separators 45 or a part of the water separators 45 are liquid fuel (exhaust liquid and primary supply depending on the liquid fuel level in the concentration adjustment tank 47. Dipped in a liquid mixture).

より具体的には、濃度調整タンク４７内における液体燃料の水位が比較的高い場合（図２矢印Ｈ参照）には、全ての水分離器４５（例えば、９つの水分離器４５）が、液体燃料に浸漬される。 More specifically, when the water level of the liquid fuel in the concentration adjustment tank 47 is relatively high (see arrow H in FIG. 2), all the water separators 45 (for example, nine water separators 45) are liquid. Immerse in fuel.

また、例えば、濃度調整タンク４７内における液体燃料の水位が比較的低い場合（図２矢印Ｌ参照）には、鉛直方向下方に配置される水分離器４５のみが、液体燃料に浸漬される。 Further, for example, when the water level of the liquid fuel in the concentration adjustment tank 47 is relatively low (see arrow L in FIG. 2), only the water separator 45 disposed vertically below is immersed in the liquid fuel.

また、例えば、濃度調整タンク４７内における液体燃料の水位が中程度である場合（図２矢印Ｍ参照）には、鉛直方向下方に配置される水分離器４５と、鉛直方向中程に配置される水分離器４５とが、液体燃料に浸漬される。 Further, for example, when the liquid fuel level in the concentration adjustment tank 47 is medium (see arrow M in FIG. 2), the water separator 45 is disposed in the vertically downward direction, and is disposed in the middle in the vertical direction. A water separator 45 is immersed in the liquid fuel.

そして、詳しくは後述するが、水分離器４５（中空糸膜）が上記のように配置されることにより、空気供給ライン４１内を流れる空気が、濃度調整タンク４７内において、水分離器４５（中空糸膜）内に供給される。 As will be described in detail later, when the water separator 45 (hollow fiber membrane) is arranged as described above, the air flowing in the air supply line 41 is transferred from the water separator 45 ( Supplied into the hollow fiber membrane).

このとき、液体燃料に浸漬される水分離器４５によって、液体燃料に含まれる水分（排出液中の反応生成水）が、水蒸気化され、水分離器４５の膜（水分離膜）を通過することにより、液体燃料から分離される（浸透気化法）。そして、得られた水蒸気は、水分離器４５内に導入されることにより、空気と混合される。これにより、空気が加湿される。 At this time, water (reaction product water in the effluent) contained in the liquid fuel is vaporized by the water separator 45 immersed in the liquid fuel, and passes through the membrane (water separation membrane) of the water separator 45. Thus, it is separated from the liquid fuel (pervaporation method). The obtained water vapor is mixed with air by being introduced into the water separator 45. Thereby, air is humidified.

また、水分離器４５（中空糸膜）内を通過した空気は、図１に示すように、空気供給ライン４１（濃度調整タンク４７よりも下流側の空気供給ライン４１）を介して、燃料電池３に供給される。 Further, as shown in FIG. 1, the air that has passed through the water separator 45 (hollow fiber membrane) passes through the air supply line 41 (the air supply line 41 on the downstream side of the concentration adjustment tank 47), and the fuel cell. 3 is supplied.

空気排出ライン４２は、その一端側（上流側）が空気排出口２０に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、コントロールユニット２９を備えている。 One end side (upstream side) of the air discharge line 42 is connected to the air discharge port 20, and the other end side (downstream side) is a drain.
(4) Control Unit The control unit 6 includes a control unit 29.

コントロールユニット２９は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。 The control unit 29 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

制御部６では、詳しくは後述するが、例えば、第１供給ポンプ３３、第２供給ポンプ３５などの駆動および停止や、燃料供給弁３４やガス排出弁２７、空気供給弁４４などの開閉などを、適宜制御する。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換するためのモータ３７と、モータ３７に電気的に接続されるインバータ３８と、モータ３７による回生エネルギーを蓄電するための動力用バッテリ４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６とを備えている。 As will be described in detail later, the control unit 6 drives and stops the first supply pump 33 and the second supply pump 35, and opens and closes the fuel supply valve 34, the gas discharge valve 27, the air supply valve 44, and the like. Control appropriately.
(5) Power unit The power unit 7 includes a motor 37 for converting electrical energy output from the fuel cell 3 into mechanical energy as the driving force of the electric vehicle 1, and an inverter 38 electrically connected to the motor 37. A power battery 40 for storing regenerative energy by the motor 37 and a DC / DC converter 36 are provided.

モータ３７は、燃料電池３よりも前方、電動車両１の前側に配置されている。モータ３７としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。 The motor 37 is disposed in front of the fuel cell 3 and on the front side of the electric vehicle 1. Examples of the motor 37 include known three-phase motors such as a three-phase induction motor and a three-phase synchronous motor.

インバータ３８は、モータ３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であって、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３８は、配線により、燃料電池３およびモータ３７にそれぞれ電気的に接続されている。 The inverter 38 is disposed between the motor 37 and the fuel cell 3. The inverter 38 is a device that converts direct current power generated by the fuel cell 3 into alternating current power, and includes, for example, a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated. The inverter 38 is electrically connected to the fuel cell 3 and the motor 37 by wiring.

動力用バッテリ４０としては、例えば、定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ４０は、インバータ３８と燃料電池３との間の配線に接続され、これにより、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ３７に電力を供給可能とされている。 Examples of the power battery 40 include known secondary batteries such as a nickel metal hydride battery having a rated voltage of about 100 V and a lithium ion battery. In addition, the power battery 40 is connected to a wiring between the inverter 38 and the fuel cell 3, so that the power from the fuel cell 3 can be stored and the power can be supplied to the motor 37.

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、動力用バッテリ４０と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力および動力用バッテリ４０の入出力電力を調整する機能を有している。 The DC / DC converter 36 is disposed between the power battery 40 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 36 has a function of increasing / decreasing the output voltage of the fuel cell 3, and a function of adjusting the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the power battery 40.

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、コントロールユニット２９と電気的に接続されており（図１の破線参照）、これにより、コントロールユニット２９から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）を制御する。 The DC / DC converter 36 is electrically connected to the control unit 29 (see the broken line in FIG. 1), and accordingly, the fuel cell 3 according to the input of the output control signal output from the control unit 29. Controls the output (output voltage).

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ４０にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、インバータ３８に電気的に接続されている。 Further, the DC / DC converter 36 is electrically connected to the fuel cell 3 and the power battery 40 by wiring, and is also electrically connected to the inverter 38 by branching of the wiring.

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６からモータ３７への電力は、インバータ３８において直流電力から三相交流電力に変換され、三相交流電力としてモータ３７に供給される。
２．濃度調整タンクおよび燃料排出ラインの詳細
濃度調整タンク４７は、図２および図３に示すように、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａにおいて、複数の排出液流入口５０を備えている。なお、図２および図３では、便宜上、複数の空気供給分岐ライン４８、燃料供給ライン３０、燃料流入口２３および燃料流出口２４を省略している。 As a result, power from the DC / DC converter 36 to the motor 37 is converted from direct current power to three-phase alternating current power in the inverter 38 and supplied to the motor 37 as three-phase alternating current power.
2. Details of Concentration Adjustment Tank and Fuel Discharge Line As shown in FIGS. 2 and 3, the concentration adjustment tank 47 includes a plurality of discharge liquid inlets 50 on the bottom wall 47 A of the concentration adjustment tank 47. 2 and 3, for convenience, the plurality of air supply branch lines 48, the fuel supply line 30, the fuel inlet 23 and the fuel outlet 24 are omitted.

複数の排出液流入口５０は、図３に示すように、本実施形態では、９つの排出液流入口５０であって、複数の開口列５０Ａが、左右方向に互いに間隔Ｌ１を空けて、並列配置されることにより構成されている。 As shown in FIG. 3, the plurality of drainage fluid inlets 50 are nine drainage fluid inlets 50 in the present embodiment, and the plurality of opening rows 50 A are arranged in parallel at intervals L 1 in the left-right direction. It is constituted by being arranged.

複数の開口列５０Ａのそれぞれは、上下方向に投影したときに、各水分離器４５と重なるように配置されており、前後方向に互いに間隔Ｌ２を空けて並ぶ複数（３つ）の排出液流入口５０から構成されている。 Each of the plurality of opening rows 50A is arranged so as to overlap with each water separator 45 when projected in the vertical direction, and a plurality (three) of discharged liquid streams arranged at intervals L2 in the front-rear direction. It consists of an inlet 50.

左右方向に互いに隣り合う１対の開口列５０Ａの間の間隔Ｌ１は、底壁４７Ａの左右方向の寸法に対して、例えば、１／４０以上、好ましくは、１／２０以上、例えば、１／４以下、好ましくは、１／５以下である。より具体的には、間隔Ｌ１は、例えば、５ｍｍ以上、好ましくは、１０ｍｍ以上、例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは、４０ｍｍ以下である。 The distance L1 between the pair of opening rows 50A adjacent to each other in the left-right direction is, for example, 1/40 or more, preferably 1/20 or more, for example, 1/20, with respect to the left-right dimension of the bottom wall 47A. 4 or less, preferably 1/5 or less. More specifically, the space | interval L1 is 5 mm or more, for example, Preferably, it is 10 mm or more, for example, 50 mm or less, Preferably, it is 40 mm or less.

また、各開口列５０Ａにおいて、互いに隣り合う排出液流入口５０の間の間隔Ｌ２は、底壁４７Ａの前後方向の寸法に対して、例えば、１／４０以上、好ましくは、１／２０以上、例えば、１／４以下、好ましくは、１／５以下である。より具体的には、間隔Ｌ２は、例えば、５ｍｍ以上、好ましくは、１０ｍｍ以上、例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは、４０ｍｍ以下である。 In each opening row 50A, the interval L2 between the discharge liquid inlets 50 adjacent to each other is, for example, 1/40 or more, preferably 1/20 or more, with respect to the dimension in the front-rear direction of the bottom wall 47A. For example, it is 1/4 or less, preferably 1/5 or less. More specifically, the space | interval L2 is 5 mm or more, for example, Preferably, it is 10 mm or more, for example, 50 mm or less, Preferably, it is 40 mm or less.

なお、複数の開口列５０Ａの列数は、複数の排出液流入口５０の個数により、適宜変更されるが、例えば、１列以上、好ましくは、３列以上、例えば、１０列以下、好ましくは、５列以下である。また、各開口列５０Ａにおける排出液流入口５０の個数は、例えば、３個以上、好ましくは、５個以上、例えば、２０個以下、好ましくは、１０個以下である。 The number of rows of the plurality of opening rows 50A is appropriately changed depending on the number of the plurality of discharge liquid inlets 50. For example, one row or more, preferably three rows or more, for example, 10 rows or less, preferably 5 columns or less. Further, the number of the discharge liquid inlets 50 in each opening row 50A is, for example, 3 or more, preferably 5 or more, for example, 20 or less, preferably 10 or less.

このような排出液流入口５０の形状としては、特に制限されず、例えば、円形であってもよく、多角形（例えば、三角形、四角形、六角形など）であってもよい。なお、本実施形態では、排出液流入口５０は、円形状に形成されている。 The shape of the discharge liquid inlet 50 is not particularly limited, and may be, for example, a circle or a polygon (for example, a triangle, a rectangle, a hexagon, etc.). In the present embodiment, the discharge liquid inlet 50 is formed in a circular shape.

また、複数の排出液流入口５０のそれぞれの開口面積は、下記式（１）で示される基準開口面積Ｓに対して、例えば、１０％以上、好ましくは、５０％以上、例えば、１１０％以下、好ましくは、１００％以下である。 Further, the opening area of each of the plurality of discharge liquid inlets 50 is, for example, 10% or more, preferably 50% or more, for example, 110% or less with respect to the reference opening area S represented by the following formula (1). , Preferably, it is 100% or less.

複数の排出液流入口５０のそれぞれの開口面積が、上記下限値以上であれば、濃度調整タンク４７に流入する流量を確実に確保することができ、上記上限値以下であれば、各排出液流入口５０を通過する排出液の流速の向上を図ることができる。 If the opening area of each of the plurality of discharge liquid inlets 50 is equal to or greater than the lower limit value, the flow rate flowing into the concentration adjustment tank 47 can be reliably ensured. The flow rate of the discharged liquid passing through the inflow port 50 can be improved.

式（１）
Ｓ［ｍ^２］＝Ｑ［ｍ^３／ｓ］／（ｎ［個］×ｖ［ｍ／ｓ］）（１）
（式中、Ｓは、基準開口面積を示し、Ｑは、燃料排出ライン３１を介して、濃度調整タンク４７に流入する排出液の体積流量を示し、ｎは、複数の排出液流入口５０の個数を示し、ｖは、下記モデル試験により求められる必要流速を示す。）
モデル試験：
内部に１つの水分離手段を備え、１つの開口部を有するモデル試験用容器に、体積流量Ｑｔで液体燃料を、開口部を介して流入させ、水分離手段による水分離量を測定する。次いで、体積流量Ｑｔを維持したまま、開口部の開口面積を変化させて、水分離手段が本来の水分離性能を十分に発揮する開口面積Ｓｔ（水分離手段による水分離量が最も大きくなる開口面積Ｓｔ）を導出する。そして、ｖ＝Ｑｔ／Ｓｔとしてｖを導出する。 Formula (1)
S [m ² ] = Q [m ³ / s] / (n [pieces] × v [m / s]) (1)
(In the formula, S represents the reference opening area, Q represents the volume flow rate of the discharged liquid flowing into the concentration adjustment tank 47 via the fuel discharge line 31, and n represents the plurality of discharged liquid inlets 50. The number represents the number, and v represents the required flow rate obtained by the following model test.)
Model test:
One water separation means is provided inside, and liquid fuel is allowed to flow through the opening at a volume flow rate Qt into a model test container having one opening, and the amount of water separation by the water separation means is measured. Next, while maintaining the volumetric flow rate Qt, the opening area of the opening is changed so that the water separation means fully exhibits the original water separation performance (the opening where the amount of water separation by the water separation means becomes the largest). The area St) is derived. Then, v is derived as v = Qt / St.

式（１）中、Ｑは、濃度調整タンク４７に流入する排出液の体積流量であって、１秒当たりに、複数の排出液流入口５０を通過する排出液の体積の総和である。 In the formula (1), Q is a volume flow rate of the discharged liquid flowing into the concentration adjustment tank 47, and is a total sum of the volumes of the discharged liquid passing through the plurality of discharged liquid inlets 50 per second.

排出液の体積流量Ｑは、例えば、８．３×１０^−５ｍ^３／ｓ以上、好ましくは、１．７×１０^−４ｍ^３／ｓ以上、例えば、８．３×１０^−４ｍ^３／ｓ以下、好ましくは、６．７×１０^−４ｍ^３／ｓ以下である。 The volume flow rate Q of the discharged liquid is, for example, 8.3 × 10 ⁻⁵ m ³ / s or more, preferably 1.7 × 10 ⁻⁴ m ³ / s or more, for example, 8.3 × 10 ⁻⁴ m ^3. / S or less, preferably 6.7 × 10 ⁻⁴ m ³ / s or less.

式（１）中、ｎは、複数の排出液流入口５０の個数であって、例えば、３個以上、好ましくは、１５個以上、例えば、２００個以下、好ましくは、５０個以下である。 In the formula (1), n is the number of the plurality of discharge liquid inlets 50 and is, for example, 3 or more, preferably 15 or more, for example, 200 or less, preferably 50 or less.

式（１）中、ｖは、上記モデル試験により求められる必要流速であって、例えば、１ｍ／ｓ以上、好ましくは、２．１ｍ／ｓ以上、さらに好ましくは、３ｍ／ｓ以上、例えば、１０ｍ／ｓ以下、好ましくは、５ｍ／ｓ以下である。 In the formula (1), v is a necessary flow velocity obtained by the above model test, and is, for example, 1 m / s or more, preferably 2.1 m / s or more, more preferably 3 m / s or more, for example, 10 m. / S or less, preferably 5 m / s or less.

このような式（１）において、例えば、体積流量Ｑが６．７×１０^−４ｍ^３／ｓであり、排出液流入口５０の個数ｎが９個であり、必要流速ｖが２．１ｍ／ｓである場合、基準開口面積Ｓは、３．５×１０^−５ｍ^２である。 In such a formula (1), for example, the volume flow rate Q is 6.7 × 10 ⁻⁴ m ³ / s, the number n of the discharge liquid inflow ports 50 is 9, and the required flow velocity v is 2.1 m. In the case of / s, the reference opening area S is 3.5 × 10 ⁻⁵ m ² .

また、例えば、体積流量Ｑが６．７×１０^−４ｍ^３／ｓであり、排出液流入口５０の個数ｎが４個であり、必要流速ｖが２．１ｍ／ｓである場合、基準開口面積Ｓは、８．０×１０^−５ｍ^２である。 For example, when the volume flow rate Q is 6.7 × 10 ⁻⁴ m ³ / s, the number n of the discharge liquid inlets 50 is 4, and the required flow velocity v is 2.1 m / s, The opening area S is 8.0 × 10 ⁻⁵ m ² .

また、例えば、体積流量Ｑが６．７×１０^−４ｍ^３／ｓであり、排出液流入口５０の個数ｎが２１個であり、必要流速ｖが２．１ｍ／ｓである場合、基準開口面積Ｓは、１．５×１０^−５ｍ^２である。 For example, when the volume flow rate Q is 6.7 × 10 ⁻⁴ m ³ / s, the number n of the discharge liquid inlets 50 is 21, and the required flow velocity v is 2.1 m / s, The opening area S is 1.5 × 10 ⁻⁵ m ² .

また、複数の排出液流入口５０の開口面積の総和は、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａの面積に対して、例えば、０．５％以上、好ましくは、１％以上、例えば、２％以下、好ましくは、１．５％以下である。 The total opening area of the plurality of discharge liquid inlets 50 is, for example, 0.5% or more, preferably 1% or more, for example, 2% or less with respect to the area of the bottom wall 47A of the concentration adjusting tank 47. Preferably, it is 1.5% or less.

また、各排出液流入口５０の開口面積は、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａの面積に対して、例えば、０．０１％以上、好ましくは、０．０２％以上、例えば、０．５％以下、好ましくは、０．３％以下である。 Further, the opening area of each discharge liquid inlet 50 is, for example, 0.01% or more, preferably 0.02% or more, for example, 0.5% with respect to the area of the bottom wall 47A of the concentration adjusting tank 47. Hereinafter, it is preferably 0.3% or less.

より具体的には、各排出液流入口５０の開口面積は、例えば、２×１０^−５ｍ^２以上、好ましくは、３×１０^−５ｍ^２以上、例えば、８×１０^−５ｍ^２以下、好ましくは、６×１０^−５ｍ^２以下である。 More specifically, the opening area of each discharge liquid inlet 50 is, for example, 2 × 10 ⁻⁵ m ² or more, preferably 3 × 10 ⁻⁵ m ² or more, for example, 8 × 10 ⁻⁵ m ² or less. Preferably, it is 6 × 10 ⁻⁵ m ² or less.

また、各排出液流入口５０を通過する排出液の流速は、例えば、１．５ｍ／ｓ以上、好ましくは、２ｍ／ｓ以上、例えば、５ｍ／ｓ以下、好ましくは、４ｍ／ｓ以下である。 Further, the flow rate of the effluent passing through each effluent inlet 50 is, for example, 1.5 m / s or more, preferably 2 m / s or more, for example, 5 m / s or less, preferably 4 m / s or less. .

そして、複数の排出液流入口５０のそれぞれには、複数の分岐ライン５１が接続されている。 A plurality of branch lines 51 are connected to each of the plurality of discharge liquid inlets 50.

複数の分岐ライン５１は、複数の開口列５０Ａに対応して設けられており、濃度調整タンク４７の上流側において、複数の開口列５０Ａと同数（例えば、３つ）に分岐している。 The plurality of branch lines 51 are provided corresponding to the plurality of opening rows 50 A, and are branched to the same number (for example, three) as the plurality of opening rows 50 A on the upstream side of the concentration adjustment tank 47.

複数の分岐ライン５１は、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａの下方において、左右方向に互いに間隔を空けて並列配置されている。 The plurality of branch lines 51 are arranged in parallel below the bottom wall 47 A of the concentration adjustment tank 47 so as to be spaced apart from each other in the left-right direction.

各分岐ライン５１は、分岐管本体５２と、複数の接続管５３とを一体に有している。分岐管本体５２は、前後方向に延びる管状に形成されている。複数の接続管５３は、各開口列５０Ａの排出液流入口５０に対応して設けられており、前後方向に互いに間隔を空けて配置されている。各接続管５３は、分岐管本体５２から、上方に向かって延びている。なお、分岐管本体５２と複数の接続管５３とは互いに連通している。 Each branch line 51 integrally includes a branch pipe main body 52 and a plurality of connection pipes 53. The branch pipe main body 52 is formed in a tubular shape extending in the front-rear direction. The plurality of connection pipes 53 are provided corresponding to the discharge liquid inlets 50 of the respective opening rows 50A, and are arranged at intervals in the front-rear direction. Each connection pipe 53 extends upward from the branch pipe main body 52. The branch pipe main body 52 and the plurality of connection pipes 53 communicate with each other.

そして、複数の接続管５３の上端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、対応する排出液流入口５０に接続されている。
３．燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム２では、図１に示すように、コントロールユニット２９の制御により、燃料供給弁３４が開かれ、第１供給ポンプ３３および第２供給ポンプ３５が駆動されることにより、燃料タンク２２に貯留される液体燃料（供給液）が、燃料供給ライン３０および濃度調整タンク４７を介して、アノード９に供給される。一方、空気供給弁４４が開かれ、空気供給ポンプ４３が駆動されることにより、空気が空気供給ライン４１を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３４は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。 And the upper end part of the some connection pipe 53 is connected to the corresponding discharge liquid inflow port 50 through the sealing material (gasket etc.).
3. Power Generation by the Fuel Cell System In the fuel cell system 2 described above, as shown in FIG. 1, the fuel supply valve 34 is opened and the first supply pump 33 and the second supply pump 35 are driven by the control of the control unit 29. As a result, the liquid fuel (supply liquid) stored in the fuel tank 22 is supplied to the anode 9 via the fuel supply line 30 and the concentration adjustment tank 47. On the other hand, when the air supply valve 44 is opened and the air supply pump 43 is driven, air is supplied to the cathode 10 via the air supply line 41. The fuel supply valve 34 is closed after a predetermined amount of liquid fuel is supplied.

アノード９では、液体燃料が、アノード電極１１と接触しながら燃料供給路１３を通過する。一方、カソード１０では、空気が、カソード電極１６と接触しながら空気供給路１８を通過する。 In the anode 9, the liquid fuel passes through the fuel supply path 13 while being in contact with the anode electrode 11. On the other hand, in the cathode 10, air passes through the air supply path 18 while being in contact with the cathode electrode 16.

そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻（アノード電極１１での反応）
（２）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１６での反応）
（３）ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極１１では、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）とカソード電極１６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ⁻）が発生する（上記式（１）参照）。 Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the anode electrode 11 and the cathode electrode 16), and an electromotive force is generated. For example, when the liquid fuel is methanol, the following formulas (1) to (3) are obtained.
(1) CH ₃ OH + 6OH ⁻ → CO ₂ + 5H ₂ O + 6e ⁻ (reaction at anode electrode 11)
(2) O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at cathode electrode 16)
(3) CH ₃ OH + 3 / 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O (reaction in the entire fuel cell 3)
That is, at the anode electrode 11 supplied with methanol, methanol (CH ₃ OH) reacts with hydroxide ions (OH ⁻ ) generated by the reaction at the cathode electrode 16 to react with carbon dioxide (CO ₂ ) and water. (H ₂ O) is generated and electrons (e ⁻ ) are generated (see the above formula (1)).

アノード電極１１で発生した電子（ｅ⁻）は、図示しない外部回路を経由してカソード電極１６に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子（ｅ⁻）が、電流となる。 Electrons (e ⁻ ) generated at the anode electrode 11 reach the cathode electrode 16 via an external circuit (not shown). That is, electrons (e ⁻ ) passing through the external circuit become current.

一方、カソード電極１６では、電子（ｅ⁻）と、外部からの供給もしくは燃料電池３での反応で生成した水（Ｈ_２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ_２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が生成する（上記式（２）参照）。 On the other hand, in the cathode electrode 16, electrons (e ⁻ ), water (H ₂ O) generated by external supply or reaction in the fuel cell 3, and oxygen (O ₂ ) in the air flowing through the air supply path 18. React with each other to produce hydroxide ions (OH ⁻ ) (see the above formula (2)).

そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が、電解質層８を通過してアノード電極１１に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。 And the produced | generated hydroxide ion (OH < ^- >) passes the electrolyte layer 8, reaches the anode electrode 11, and a reaction similar to the above (refer said formula (1)) arises.

また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ （アノード電極１１での反応）
（５）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１６での反応）
（６）Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
このようなアノード電極１１およびカソード電極１６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として、上記式（３）または上記式（６）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。 For example, when the liquid fuel is hydrazine, the following formulas (4) to (6) are obtained.
(4) N ₂ H ₄ + 4OH ⁻ → N ₂ + 4H ₂ O + 4e ⁻ (reaction at anode electrode 11)
(5) O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at cathode electrode 16)
(6) N ₂ H ₄ + O ₂ → N ₂ + 2H ₂ O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the electrochemical reaction at the anode electrode 11 and the cathode electrode 16 continuously occurs, the reaction expressed by the above formula (3) or the above formula (6) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and the fuel An electromotive force is generated in the battery 3.

そして、発生した起電力が、配線を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に送電され、動力部７では、インバータ３８およびモータ３７、および／または、動力用バッテリ４０に送電される。そして、モータ３７では、インバータ３８により三相交流電力に変換された電気エネルギーが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。一方、動力用バッテリ４０では、その電力が充電される。 The generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 36 via the wiring, and is transmitted to the inverter 38 and the motor 37 and / or the power battery 40 in the power unit 7. In the motor 37, the electrical energy converted into the three-phase AC power by the inverter 38 is converted into mechanical energy that drives the wheels of the electric vehicle 1. On the other hand, the power of the power battery 40 is charged.

また、燃料給排部４では、詳しくは後述するが、アノード９から排出される液体燃料（未反応の液体燃料、反応生成物および反応生成水含む排出液）が、燃料排出ライン３１（複数の分岐ライン５１）を通過し、複数の排出液流入口５０のそれぞれを介して濃度調整タンク４７に流入する。 Further, in the fuel supply / discharge section 4, as will be described in detail later, the liquid fuel discharged from the anode 9 (an unreacted liquid fuel, a reaction product and a discharge liquid containing reaction product water) is supplied to a fuel discharge line 31 (a plurality of discharge lines 31 It passes through the branch line 51) and flows into the concentration adjusting tank 47 through each of the plurality of discharge liquid inlets 50.

濃度調整タンク４７では、水位が排気口２５よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり３９が、濃度調整タンク４７の中空部分に生じるとともに、液溜まり３９に含まれるガス（気体）が液溜まり３９の上方空間へ分離される。 In the concentration adjustment tank 47, a liquid fuel liquid reservoir 39 whose water level is held below the exhaust port 25 is generated in the hollow portion of the concentration adjustment tank 47, and the gas (gas) contained in the liquid reservoir 39 is liquid. It is separated into the space above the reservoir 39.

その一方で、液溜まり３９として濃度調整タンク４７に滞留される液体燃料（未反応の液体燃料、反応生成物および反応生成水含む排出液）は、濃度調整タンク４７内において、燃料タンク２２から供給される液体燃料と混合された後、燃料流出口２４から流出し、燃料供給ライン３０を介して、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。 On the other hand, the liquid fuel retained in the concentration adjustment tank 47 as the liquid reservoir 39 (the unreacted liquid fuel, the reaction product and the discharged liquid containing the reaction product water) is supplied from the fuel tank 22 in the concentration adjustment tank 47. After being mixed with the liquid fuel, the fuel flows out from the fuel outlet 24 and flows again into the fuel supply path 13 from the fuel supply port 15 via the fuel supply line 30.

このようにして、液体燃料が、クローズドライン（濃度調整タンク４７、燃料供給ライン３０、燃料排出ライン３１および燃料供給路１３）を循環する。なお、濃度調整タンク４７において分離された気体は、ガス排出弁２７が開かれることにより、ガス排出管２６を介して外部へ排出される。
４．水の分離
上記したように、燃料電池システム２では、燃料電池３のアノード９から排出される液体燃料（未反応の液体燃料、反応生成物および反応生成水含む排出液）が、燃料供給ライン３０を介して、燃料電池３に還流され、再利用される。 In this way, the liquid fuel circulates through the closed line (the concentration adjustment tank 47, the fuel supply line 30, the fuel discharge line 31, and the fuel supply path 13). The gas separated in the concentration adjustment tank 47 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 26 when the gas discharge valve 27 is opened.
4). Separation of Water As described above, in the fuel cell system 2, the liquid fuel discharged from the anode 9 of the fuel cell 3 (an unreacted liquid fuel, a reaction product and an exhaust liquid containing reaction product water) is supplied to the fuel supply line 30. And then recycled to the fuel cell 3 for reuse.

しかし、式（１）〜（６）として示したように、燃料電池３による発電では、その発電反応において水が生じるため、排出液には、水が含有される。すなわち、排出液においては、液体燃料の濃度が低下している。そのため、排出液をそのまま燃料電池３に還流して用いると、発電効率の低下を惹起する場合がある。 However, as shown by the formulas (1) to (6), in the power generation by the fuel cell 3, water is generated in the power generation reaction, so that the discharged liquid contains water. That is, in the discharged liquid, the concentration of the liquid fuel is reduced. Therefore, if the discharged liquid is used as it is by recirculation to the fuel cell 3, it may cause a decrease in power generation efficiency.

これに対して、上記の燃料電池システム２では、燃料電池３から排出される排出液に含有される水を分離し、還流される液体燃料の濃度を調整（増加）することができる。 On the other hand, in the fuel cell system 2 described above, water contained in the effluent discharged from the fuel cell 3 can be separated, and the concentration of the liquid fuel to be recirculated can be adjusted (increased).

具体的には、この燃料電池システム２では、燃料電池３から燃料排出ライン３１に排出された排出液は、燃料電池３において加熱されており、複数の分岐ライン５１および複数の排出液流入口５０のそれぞれを通過して、濃度調整タンク４７に供給される。 Specifically, in the fuel cell system 2, the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 to the fuel discharge line 31 is heated in the fuel cell 3, and a plurality of branch lines 51 and a plurality of discharged liquid inlets 50 are used. Each of these is passed through and supplied to the concentration adjustment tank 47.

しかるに、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａに、開口面積が、例えば、４×１０^−４ｍ^２以上１×１０^−３ｍ^２以下である排出液流入口５０が１つ形成される場合、水分濃度が高く、温度が高い排出液は、１つの排出液流入口５０を介して、濃度調整タンク４７に流入し、水分離器４５の一部分にのみ接触する。そのため、水分離器４５と排出液との効率的な接触を確保することができず、水分離器４５の全体を有効に活用できない。 However, when one discharge liquid inlet 50 having an opening area of, for example, 4 × 10 ⁻⁴ m ² or more and 1 × 10 ⁻³ m ² or less is formed on the bottom wall 47A of the concentration adjusting tank 47, The effluent having a high concentration and a high temperature flows into the concentration adjusting tank 47 through one effluent inlet 50 and contacts only a part of the water separator 45. Therefore, efficient contact between the water separator 45 and the discharged liquid cannot be ensured, and the entire water separator 45 cannot be effectively used.

そこで、排出液流入口５０の開口面積を増加させることにより、水分離器４５における排出液との接触面積の向上を図ることが検討されるが、排出液流入口５０の開口面積を増加させると、排出液流入口５０を通過する排出液の流速が低下し、排出液を濃度調整タンク４７内に十分に循環させることができない。 Thus, it is considered to increase the contact area with the effluent in the water separator 45 by increasing the opening area of the effluent inlet 50, but when the opening area of the effluent inlet 50 is increased. The flow rate of the discharged liquid passing through the discharged liquid inlet 50 decreases, and the discharged liquid cannot be sufficiently circulated in the concentration adjustment tank 47.

これに対して、本実施形態では、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａに複数の排出液流入口５０が形成されているので、水分離器４５と排出液との効率的な接触を確保することができる。また、各排出液流入口５０の開口面積が、例えば、２×１０^−５ｍ^２以上８×１０^−５ｍ^２以下であるので、複数の排出液流入口５０のそれぞれを通過する排出液の流速を、所定値以上（例えば、２．１ｍ／ｓ以上）に確保できる。 In contrast, in the present embodiment, since the plurality of discharge liquid inlets 50 are formed in the bottom wall 47A of the concentration adjustment tank 47, it is possible to ensure efficient contact between the water separator 45 and the discharge liquid. Can do. In addition, since the opening area of each discharge liquid inlet 50 is, for example, 2 × 10 ⁻⁵ m ² or more and 8 × 10 ⁻⁵ m ² or less, the discharge liquid that passes through each of the plurality of discharge liquid inlets 50. The flow velocity can be secured at a predetermined value or higher (for example, 2.1 m / s or higher).

その結果、排出液を濃度調整タンク４７内に確実に循環させることができ、水分離器４５と排出液との効率的な接触を確保できる。これによって、濃度調整タンク４７内における液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布が平均化される。つまり、複数の分岐ライン５１および複数の排出液流入口５０が、平均化手段として構成されている。 As a result, the discharged liquid can be reliably circulated in the concentration adjusting tank 47, and an efficient contact between the water separator 45 and the discharged liquid can be ensured. Thereby, the moisture concentration distribution and / or the temperature distribution of the liquid fuel in the concentration adjusting tank 47 are averaged. That is, a plurality of branch lines 51 and a plurality of discharge liquid inlets 50 are configured as an averaging means.

そうすると、水分濃度分布および／または温度分布が平均化された液体燃料が、各水分離器４５の全体あるいは大部分の膜表面と効率的に接触する。 Then, the liquid fuel in which the moisture concentration distribution and / or the temperature distribution is averaged efficiently comes into contact with the whole or most of the membrane surfaces of each water separator 45.

このとき、水分離器４５の内部には、空気が流れているため、水分離器４５の周囲の液体燃料中の水分が水蒸気化され、水分離器４５の外膜（水分離膜）を通過する。これにより、液体燃料から水分が分離される（浸透気化法）。 At this time, since air flows inside the water separator 45, the water in the liquid fuel around the water separator 45 is vaporized and passes through the outer membrane (water separation membrane) of the water separator 45. To do. Thereby, moisture is separated from the liquid fuel (pervaporation method).

このようにして水分が分離された液体燃料（すなわち、高濃度の液体燃料）は、燃料供給ライン３０を介して、再び燃料電池３に供給される。 The liquid fuel from which water has been separated in this way (that is, high-concentration liquid fuel) is supplied again to the fuel cell 3 via the fuel supply line 30.

このように液体燃料から水分を分離することにより、液体燃料の濃度を調整（増加）することができ、発電効率の向上を図ることができる。 By separating the water from the liquid fuel in this way, the concentration of the liquid fuel can be adjusted (increased), and the power generation efficiency can be improved.

また、燃料電池システム２においては、式（１）〜（６）として示したように、水酸化物イオンなどのイオンが電解質層８を通過する。一方、電解質層８がイオン導電性を備えるためには、電解質層８が十分に湿潤している必要がある。 Further, in the fuel cell system 2, ions such as hydroxide ions pass through the electrolyte layer 8 as shown by the equations (1) to (6). On the other hand, in order for the electrolyte layer 8 to have ionic conductivity, the electrolyte layer 8 needs to be sufficiently wet.

この点、上記の燃料電池システム２では、燃料電池３から排出される排出液に含有される水分を回収し、その水分を用いて、電解質層８を湿潤させることができる。 In this respect, in the fuel cell system 2 described above, moisture contained in the effluent discharged from the fuel cell 3 can be recovered, and the electrolyte layer 8 can be wetted using the moisture.

すなわち、上記のように排出液から分離された水分（水蒸気）は、水分離器４５内に導入されることにより、水分離器４５内を通過する空気と混合され、空気が加湿される。 That is, the water (water vapor) separated from the effluent as described above is introduced into the water separator 45 and mixed with the air passing through the water separator 45 to humidify the air.

加湿された空気は、上記したように、空気供給ポンプ４３の駆動によって、空気供給ライン４１を介してカソード１０に供給される。このとき、水分はカソード１０を透過し、電解質層８を湿潤させる。 The humidified air is supplied to the cathode 10 via the air supply line 41 by driving the air supply pump 43 as described above. At this time, moisture permeates the cathode 10 and wets the electrolyte layer 8.

このように液体燃料から分離された水分（水蒸気）を用いて空気を加湿することにより、電解質層８を湿潤させることができ、発電効率の向上を図ることができる。
５．作用効果
このような燃料電池システムでは、図１に示すように、濃度調整タンク４７において、排出液に含まれる水分が水分離器４５によって分離され、液体燃料の濃度が調整される。そして、濃度が調整された液体燃料が、燃料電池３に還流される。そのため、液体燃料を、効率よく利用することができ、低コスト化を図ることができる。 Thus, by humidifying the air using the water (water vapor) separated from the liquid fuel, the electrolyte layer 8 can be moistened, and the power generation efficiency can be improved.
5). Effects In such a fuel cell system, as shown in FIG. 1, in the concentration adjusting tank 47, the water contained in the discharged liquid is separated by the water separator 45, and the concentration of the liquid fuel is adjusted. Then, the liquid fuel whose concentration is adjusted is returned to the fuel cell 3. Therefore, liquid fuel can be used efficiently and cost reduction can be achieved.

また、燃料電池システム２では、複数の分岐ライン５１および複数の排出液流入口５０が、平均化手段として構成されており、濃度調整タンク４７内において、液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布を平均化する。そのため、水分離器４５の全体を有効に活用でき、液体燃料からの水分離効率の向上を図ることができる。 Further, in the fuel cell system 2, the plurality of branch lines 51 and the plurality of discharge liquid inlets 50 are configured as averaging means, and the moisture concentration distribution and / or temperature distribution of the liquid fuel in the concentration adjustment tank 47. Is averaged. Therefore, the entire water separator 45 can be used effectively, and the efficiency of water separation from the liquid fuel can be improved.

また、平均化手段が、複数の分岐ライン５１および複数の排出液流入口５０から構成されているので、複数の排出液流入口５０を介して、濃度調整タンク４７に流入する排出液の流速の向上を図ることができる。 In addition, since the averaging means is composed of a plurality of branch lines 51 and a plurality of discharge liquid inlets 50, the flow rate of the discharge liquid flowing into the concentration adjustment tank 47 via the plurality of discharge liquid inlets 50 is adjusted. Improvements can be made.

そのため、水分離器４５の極近傍における液体燃料の流速の向上を図ることができ、濃度調整タンク４７内において、排出液を確実に循環させることができる。その結果、濃度調整タンク４７内において、液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布を確実に平均化することができる。 Therefore, it is possible to improve the flow rate of the liquid fuel in the immediate vicinity of the water separator 45, and to reliably circulate the discharged liquid in the concentration adjustment tank 47. As a result, the moisture concentration distribution and / or the temperature distribution of the liquid fuel can be reliably averaged in the concentration adjusting tank 47.

その結果、水分離器４５の全体をより一層確実に活用でき、液体燃料からの水分離効率のさらなる向上を図ることができる。 As a result, the entire water separator 45 can be used more reliably, and the efficiency of water separation from liquid fuel can be further improved.

とりわけ、複数の排出液流入口５０のそれぞれの開口面積は、上記式（１）で示される基準開口面積に対して、例えば、１０％以上１１０％以下であるので、複数の排出液流入口５０を介して、濃度調整タンク４７に流入する排出液の流速の向上を確実に図ることができる。 In particular, the opening area of each of the plurality of discharge liquid inlets 50 is, for example, not less than 10% and not more than 110% with respect to the reference opening area represented by the above formula (1). Thus, the flow rate of the discharged liquid flowing into the concentration adjustment tank 47 can be reliably improved.

また、このような燃料電池システム２では、液体燃料（排出液）から分離された水分は、空気供給ライン４１内に導入されるため、より多くの水分を含んだ空気が、燃料電池３に供給される。その結果、燃料電池３の導電性の向上を図ることができ、発電効率の向上を図ることができる。 Further, in such a fuel cell system 2, the moisture separated from the liquid fuel (exhaust liquid) is introduced into the air supply line 41, so that more air containing moisture is supplied to the fuel cell 3. Is done. As a result, the conductivity of the fuel cell 3 can be improved and the power generation efficiency can be improved.

この点、空気供給ライン４１内の空気を加湿するため、別途、加湿器などを備える場合には、水タンクなどが搭載されるため、燃料電池システム２の体積が大きくなる。 In this respect, in order to humidify the air in the air supply line 41, when a humidifier is separately provided, a water tank or the like is mounted, so that the volume of the fuel cell system 2 is increased.

一方、上記した燃料電池システム２によれば、加湿器を用いることなく空気に水分を含有させることができるため、加湿器を用いる場合に比べ、燃料電池システム２の体積を減少させ、省スペース化を図ることができる。 On the other hand, according to the fuel cell system 2 described above, since moisture can be contained in the air without using a humidifier, the volume of the fuel cell system 2 can be reduced and space can be saved compared to the case where a humidifier is used. Can be achieved.

また、上記した燃料電池システム２によれば、排出液に含有される水分が水蒸気として分離され、水蒸気として空気供給ライン４１に供給されるため、より効率よく空気を加湿することができる。 Further, according to the fuel cell system 2 described above, the water contained in the effluent is separated as water vapor and supplied to the air supply line 41 as water vapor, so that the air can be humidified more efficiently.

また、上記した燃料電池システム２において、燃料電池３から排出された排出液は、燃料電池３において加熱されている。そのため、排出液中の水分をより少ないエネルギーで水蒸気として回収することができ、低エネルギー化および低コスト化を図ることができる。 In the fuel cell system 2 described above, the effluent discharged from the fuel cell 3 is heated in the fuel cell 3. Therefore, the water in the effluent can be recovered as water vapor with less energy, and energy and cost can be reduced.

さらに、上記した燃料電池システム２では、水分が水蒸気として分離されるため、排出液の熱エネルギーを気化熱として放出させ、排出液を冷却することができる。そのため、排出液をより低温状態で再び燃料電池３に供給することができ、発電効率の向上を図ることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 2 described above, since water is separated as water vapor, the thermal energy of the discharged liquid can be released as heat of vaporization, and the discharged liquid can be cooled. Therefore, the discharged liquid can be supplied again to the fuel cell 3 at a lower temperature, and the power generation efficiency can be improved.

それに加えて、上記した燃料電池システム２では、燃料電池３から排出される排出液（水分を含有した低濃度液体燃料）から、水分が回収され、高濃度液体燃料として還流されるため、燃料タンク２２からの液体燃料の供給量や供給頻度を低減することができ、より効率よく液体燃料を利用することができる。
６．変形例
上記した実施形態では、複数の分岐ライン５１および複数の排出液流入口５０が、平均化手段として構成されるが、平均化手段は、濃度調整タンク内において、液体燃料の水分濃度分布および／または温度分布を平均化できれば、特に制限されない。 In addition, in the fuel cell system 2 described above, the water is recovered from the discharged liquid (low concentration liquid fuel containing water) discharged from the fuel cell 3 and recirculated as the high concentration liquid fuel. The supply amount and supply frequency of the liquid fuel from 22 can be reduced, and the liquid fuel can be used more efficiently.
6). In the above-described embodiment, the plurality of branch lines 51 and the plurality of discharge liquid inflow ports 50 are configured as an averaging unit. The averaging unit includes a water concentration distribution of liquid fuel and a concentration adjustment tank. There is no particular limitation as long as the temperature distribution can be averaged.

例えば、濃度調整タンク４７に、平均化手段として、例えば、液流発生器、超音波発生器、撹拌子などを設けることもできる。 For example, the concentration adjustment tank 47 may be provided with, for example, a liquid flow generator, an ultrasonic generator, a stirrer, etc. as an averaging means.

また、上記の実施形態では、複数の排出液流入口５０は、複数の開口列５０Ａから構成されるが、複数の排出液流入口５０の配置は特に制限されない。複数の排出液流入口５０は、濃度調整タンク４７の底壁４７Ａにおいて、ランダムに配置されてもよい。 In the above embodiment, the plurality of discharge liquid inlets 50 are configured by a plurality of opening rows 50A, but the arrangement of the plurality of discharge liquid inlets 50 is not particularly limited. The plurality of discharge liquid inlets 50 may be randomly arranged on the bottom wall 47 A of the concentration adjustment tank 47.

また、上記した実施形態では、燃料電池３に空気を供給するための空気供給ライン４１を用いて、水分離器４５に空気を供給し、反応生成水を含む液体燃料から水を分離したが、例えば、水分離器４５に空気を供給するための第２空気供給ライン（図示せず）を、空気供給ライン４１とは別途設けることもできる。そのような場合には、第２空気供給ライン（図示せず）を介して水分離器４５に空気を供給し、反応生成水を含む液体燃料から水を分離することができる。また、例えば、水分離器４５内を、公知の減圧装置によって減圧することにより、反応生成水を含む液体燃料から水を分離することもできる。 Further, in the above-described embodiment, the air is supplied to the water separator 45 using the air supply line 41 for supplying air to the fuel cell 3, and the water is separated from the liquid fuel containing the reaction product water. For example, a second air supply line (not shown) for supplying air to the water separator 45 can be provided separately from the air supply line 41. In such a case, air can be supplied to the water separator 45 via a second air supply line (not shown) to separate the water from the liquid fuel containing the reaction product water. Further, for example, water can be separated from the liquid fuel containing the reaction product water by reducing the pressure in the water separator 45 with a known pressure reducing device.

これら変形例によっても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 Also according to these modified examples, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.

また、上記実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。 Moreover, the said embodiment and modification can be combined suitably.

２燃料電池システム
３燃料電池
２２燃料タンク
３０燃料供給ライン
３１燃料排出ライン
４５水分離器
４７濃度調整タンク
５０排出液流入口
５１分岐ライン 2 Fuel Cell System 3 Fuel Cell 22 Fuel Tank 30 Fuel Supply Line 31 Fuel Discharge Line 45 Water Separator 47 Concentration Adjustment Tank 50 Discharge Liquid Inlet 51 Branch Line

Claims

A fuel cell supplied with liquid fuel;
A fuel tank in which liquid fuel is stored;
A fuel supply path for supplying liquid fuel from the fuel tank to the fuel cell;
A fuel discharge path for discharging an exhaust liquid containing a reaction product and reaction product water of liquid fuel supplied to the fuel cell;
By mixing the liquid fuel that is interposed in the fuel supply path and connected to the fuel discharge path and is transported from the fuel tank with the exhaust liquid discharged from the fuel cell, the concentration of the liquid fuel is reduced. A concentration adjustment tank for adjustment,
In the concentration adjustment tank, water separation means for separating water from liquid fuel;
An averaging means for averaging the moisture concentration distribution and / or the temperature distribution of the liquid fuel in the concentration adjusting tank;
A fuel cell system comprising:

The averaging means includes
A plurality of branch paths provided in the fuel discharge path;
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a plurality of openings formed in the concentration adjustment tank and connected to each of the plurality of branch paths.